DIRECTIVITY OF ANTENNA ARRAYS
PACS number: 07.57.-c Purpose: Theoretical investigation of directive gains of linearand planar antenna arrays depending on the distance betweenradiators and wavelength.Design/methodology/approach: Computing methods in applied mathematics in MathCad were used to calculate the twofold integrals of th...
Збережено в:
| Дата: | 2016 |
|---|---|
| Автори: | , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | rus |
| Опубліковано: |
Видавничий дім «Академперіодика»
2016
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | http://rpra-journal.org.ua/index.php/ra/article/view/1251 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Radio physics and radio astronomy |
Репозитарії
Radio physics and radio astronomy| id |
oai:ri.kharkov.ua:article-1251 |
|---|---|
| record_format |
ojs |
| institution |
Radio physics and radio astronomy |
| collection |
OJS |
| language |
rus |
| topic |
antenna arrays directivity pattern weakly directed radiators numerical analysis антенные решетки коэффициент направленного действия диаграмма направленности слабонаправленные излучатели численный анализ антенні решітки коефіцієнт спрямованої дії діаграма спрямованості слабко спрямовані випромінювачі числовий аналіз |
| spellingShingle |
antenna arrays directivity pattern weakly directed radiators numerical analysis антенные решетки коэффициент направленного действия диаграмма направленности слабонаправленные излучатели численный анализ антенні решітки коефіцієнт спрямованої дії діаграма спрямованості слабко спрямовані випромінювачі числовий аналіз Bulgakovа, A. A. Gorobets, N. N. Katrich, V. A. Lyashchenko, V. A. DIRECTIVITY OF ANTENNA ARRAYS |
| topic_facet |
antenna arrays directivity pattern weakly directed radiators numerical analysis антенные решетки коэффициент направленного действия диаграмма направленности слабонаправленные излучатели численный анализ антенні решітки коефіцієнт спрямованої дії діаграма спрямованості слабко спрямовані випромінювачі числовий аналіз |
| format |
Article |
| author |
Bulgakovа, A. A. Gorobets, N. N. Katrich, V. A. Lyashchenko, V. A. |
| author_facet |
Bulgakovа, A. A. Gorobets, N. N. Katrich, V. A. Lyashchenko, V. A. |
| author_sort |
Bulgakovа, A. A. |
| title |
DIRECTIVITY OF ANTENNA ARRAYS |
| title_short |
DIRECTIVITY OF ANTENNA ARRAYS |
| title_full |
DIRECTIVITY OF ANTENNA ARRAYS |
| title_fullStr |
DIRECTIVITY OF ANTENNA ARRAYS |
| title_full_unstemmed |
DIRECTIVITY OF ANTENNA ARRAYS |
| title_sort |
directivity of antenna arrays |
| title_alt |
КОЭФФИЦИЕНТ НАПРАВЛЕННОГО ДЕЙСТВИЯ АНТЕННЫХ РЕШЕТОК КОЕФІЦІЄНТ СПРЯМОВАНОЇ ДІЇ АНТЕННИХ РЕШІТОК |
| description |
PACS number: 07.57.-c Purpose: Theoretical investigation of directive gains of linearand planar antenna arrays depending on the distance betweenradiators and wavelength.Design/methodology/approach: Computing methods in applied mathematics in MathCad were used to calculate the twofold integrals of the radiation pattern over power throughout the whole space observed, defining the directivity in the most general terms. Patterns of radiators, i. e. elements of antenna arrays, are specified by mathematical models. The calculation accounts for the subintegral fast oscillating function.Findings: Calculations and analysis of a directive gain according to the number of radiators and distances between them in fractions of wavelength are made. It is shown that at the ratio of distance between radiators to wave-length being d/λ =0.5 the directivity of array of isotropic radiators is 1.5N², N – number of radiators. When increasing the d/λ to 0.65÷0.97 the directivity increases according to the law close to the linear one up to the maximum possible value for the specified number of radiators. With the increase of d/λ to the values greater than one, the directivity is significantly reduced (the “blinding” effect of non-phased antenna arrays) and its dependence with the growth of d/λ is decaying and oscillating in character. By that, the transfer function of antenna arrays has some vital difference from the transfer function of continuous antennas.Conclusions: Antenna arrays distort the waveform and spectrum of radiated and received signals as a result of irregular changes of their directivity depending on wavelength. The detected “blinding” effect of non-phased antenna arrays of large electrical dimensions must be taken into account in wideband and superwideband radio-electronics systems, especially in radio astronomy, telecommunications systems and superwideband radar.Keywords: antenna arrays, directivity, pattern, weakly directedradiators, numerical analysisManuscript submitted 05.07.2016Radio phys. radio astron. 2016, 21(4): 285-297REFERENCES1. GOROBETS, N. N. and GOROBETS, Yu. N., 1990. Computer analysis of the directional characteristics of antenna arrays. In: Computer methods of research of problems of the theory and technology of transmission of digital signals by radio: Conf Proc. Moscow: Radio i Svyaz' Publ., pp. 47–48 (in Russian). 2. FELD, Y. N. and BENENSON, L. S.,1955. Centimeter-wavelengthand microwave antennas. Moscow: N. E. Zhukovsky Academy Publ. (in Russian). 3. SHUBARIN, Y. V., 1960. Microwave Antennas. Kharkiv, Ukraine: Kharkiv State University Publ. (in Russian). 4. MINKOVICH, B. M. and YAKOVLEV, V. P., 1969. Theory of Antenna Synthesis. Moscow: Sovetskoe Radio Publ. (in Russian). 5. MARKOV, G. T. and SAZONOV, D. M., 1975. Antennas. Moscow: Energiya Publ. (in Russian). 6. GOROBETS, N. N. and BULGAKOVA, A. A., 2008. Sparse antenna array patterns. The Journal of V. N. Karazin Kharkiv National University, series Radiophysics and Electronics. vol. 834, is. 13, pp. 89–94 (in Russian). 7. MOTLOHOV, V. V., 1990. Antenna facilities. Moscow:USSR Ministry of Defense Publ. (in Russian). 8. KONOVALENKO, A. A., TOKARSKY, P. L. and YERIN, S. N., 2013. Effective Area and Directional Patterns of Antenna Array Operating in Ultra Wideband Signals Receiving Mode. Radio Phys. Radio Astron. vol. 18, no. 3, pp. 257–264 (in Russian). 9. CHAPLIN, A. F., 1987. Analysis and synthesis of antenna arrays. Lviv, Ukrain: Vishcha Shkola Publ. (in Russian). 10. HANSEN, R. C., 2009. Phased Array Antennas. 2nd ed. New York: Wiley.DOI: https://doi.org/10.1002/9780470529188 11. SHULGA, V. M., LYTVYNENKO, L. M. and MYSHENKO, V. V., 2005. Some Development Stages in the Millimeter Wavelength Radioastronomy Observations at the Institute of Radio Astronomy NAS-Ukraine. Radio Phys. Radio Astron. vol. 10, special is., pp. S45–S53 (in Russian). |
| publisher |
Видавничий дім «Академперіодика» |
| publishDate |
2016 |
| url |
http://rpra-journal.org.ua/index.php/ra/article/view/1251 |
| work_keys_str_mv |
AT bulgakovaaa directivityofantennaarrays AT gorobetsnn directivityofantennaarrays AT katrichva directivityofantennaarrays AT lyashchenkova directivityofantennaarrays AT bulgakovaaa koéfficientnapravlennogodejstviâantennyhrešetok AT gorobetsnn koéfficientnapravlennogodejstviâantennyhrešetok AT katrichva koéfficientnapravlennogodejstviâantennyhrešetok AT lyashchenkova koéfficientnapravlennogodejstviâantennyhrešetok AT bulgakovaaa koefícíêntsprâmovanoídííantennihrešítok AT gorobetsnn koefícíêntsprâmovanoídííantennihrešítok AT katrichva koefícíêntsprâmovanoídííantennihrešítok AT lyashchenkova koefícíêntsprâmovanoídííantennihrešítok |
| first_indexed |
2024-05-26T06:29:07Z |
| last_indexed |
2024-05-26T06:29:07Z |
| _version_ |
1800358358153166848 |
| spelling |
oai:ri.kharkov.ua:article-12512020-06-09T10:36:27Z DIRECTIVITY OF ANTENNA ARRAYS КОЭФФИЦИЕНТ НАПРАВЛЕННОГО ДЕЙСТВИЯ АНТЕННЫХ РЕШЕТОК КОЕФІЦІЄНТ СПРЯМОВАНОЇ ДІЇ АНТЕННИХ РЕШІТОК Bulgakovа, A. A. Gorobets, N. N. Katrich, V. A. Lyashchenko, V. A. antenna arrays; directivity; pattern; weakly directed radiators; numerical analysis антенные решетки; коэффициент направленного действия; диаграмма направленности; слабонаправленные излучатели; численный анализ антенні решітки; коефіцієнт спрямованої дії; діаграма спрямованості; слабко спрямовані випромінювачі; числовий аналіз PACS number: 07.57.-c Purpose: Theoretical investigation of directive gains of linearand planar antenna arrays depending on the distance betweenradiators and wavelength.Design/methodology/approach: Computing methods in applied mathematics in MathCad were used to calculate the twofold integrals of the radiation pattern over power throughout the whole space observed, defining the directivity in the most general terms. Patterns of radiators, i. e. elements of antenna arrays, are specified by mathematical models. The calculation accounts for the subintegral fast oscillating function.Findings: Calculations and analysis of a directive gain according to the number of radiators and distances between them in fractions of wavelength are made. It is shown that at the ratio of distance between radiators to wave-length being d/λ =0.5 the directivity of array of isotropic radiators is 1.5N², N – number of radiators. When increasing the d/λ to 0.65÷0.97 the directivity increases according to the law close to the linear one up to the maximum possible value for the specified number of radiators. With the increase of d/λ to the values greater than one, the directivity is significantly reduced (the “blinding” effect of non-phased antenna arrays) and its dependence with the growth of d/λ is decaying and oscillating in character. By that, the transfer function of antenna arrays has some vital difference from the transfer function of continuous antennas.Conclusions: Antenna arrays distort the waveform and spectrum of radiated and received signals as a result of irregular changes of their directivity depending on wavelength. The detected “blinding” effect of non-phased antenna arrays of large electrical dimensions must be taken into account in wideband and superwideband radio-electronics systems, especially in radio astronomy, telecommunications systems and superwideband radar.Keywords: antenna arrays, directivity, pattern, weakly directedradiators, numerical analysisManuscript submitted 05.07.2016Radio phys. radio astron. 2016, 21(4): 285-297REFERENCES1. GOROBETS, N. N. and GOROBETS, Yu. N., 1990. Computer analysis of the directional characteristics of antenna arrays. In: Computer methods of research of problems of the theory and technology of transmission of digital signals by radio: Conf Proc. Moscow: Radio i Svyaz' Publ., pp. 47–48 (in Russian). 2. FELD, Y. N. and BENENSON, L. S.,1955. Centimeter-wavelengthand microwave antennas. Moscow: N. E. Zhukovsky Academy Publ. (in Russian). 3. SHUBARIN, Y. V., 1960. Microwave Antennas. Kharkiv, Ukraine: Kharkiv State University Publ. (in Russian). 4. MINKOVICH, B. M. and YAKOVLEV, V. P., 1969. Theory of Antenna Synthesis. Moscow: Sovetskoe Radio Publ. (in Russian). 5. MARKOV, G. T. and SAZONOV, D. M., 1975. Antennas. Moscow: Energiya Publ. (in Russian). 6. GOROBETS, N. N. and BULGAKOVA, A. A., 2008. Sparse antenna array patterns. The Journal of V. N. Karazin Kharkiv National University, series Radiophysics and Electronics. vol. 834, is. 13, pp. 89–94 (in Russian). 7. MOTLOHOV, V. V., 1990. Antenna facilities. Moscow:USSR Ministry of Defense Publ. (in Russian). 8. KONOVALENKO, A. A., TOKARSKY, P. L. and YERIN, S. N., 2013. Effective Area and Directional Patterns of Antenna Array Operating in Ultra Wideband Signals Receiving Mode. Radio Phys. Radio Astron. vol. 18, no. 3, pp. 257–264 (in Russian). 9. CHAPLIN, A. F., 1987. Analysis and synthesis of antenna arrays. Lviv, Ukrain: Vishcha Shkola Publ. (in Russian). 10. HANSEN, R. C., 2009. Phased Array Antennas. 2nd ed. New York: Wiley.DOI: https://doi.org/10.1002/9780470529188 11. SHULGA, V. M., LYTVYNENKO, L. M. and MYSHENKO, V. V., 2005. Some Development Stages in the Millimeter Wavelength Radioastronomy Observations at the Institute of Radio Astronomy NAS-Ukraine. Radio Phys. Radio Astron. vol. 10, special is., pp. S45–S53 (in Russian). УДК 538.3: 621.396.67PACS number: 07.57.-cПредмет и цель работы: Теоретически исследуются коэффициенты направленного действия (КНД) линейных и плоских антенных решеток в зависимости от расстояния между излучателями и длины волны.Методы и методология: Вычислительными методами прикладной математики в среде МаthCad рассчитаны двукратные интегралы от диаграммы направленности по мощности во всем пространстве наблюдения, определяющие КНД в самом общем виде. Диаграммы направленности излучателей – элементов антенных решеток задаются математическими моделями. При расчетах учитывается, что подынтегральная функция быстроосциллирующая.Результаты: Выполнены расчеты и анализ зависимости КНД от числа излучателей и расстояний между ними в долях длины волны. Показано, что при отношении расстояния между излучателями к длине волны d/λ=0.5 КНД решетки изотропных излучателей равен 1.5N², N – число излучателей в решетке. При увеличении этого отношения до 0.65÷0.97 КНД увеличивается по близкому к линейному закону до максимально возможного значения при заданном числе излучателей. При увеличении d/λ до значений больше единицы КНД значительно уменьшается (эффект “ослепления” нефазированных антенных решеток) и его зависимость с ростом d/λ носит затухающий осциллирующий характер. Этим передаточная функция антенных решеток принципиально отличается от передаточных функций непрерывных антенн.Заключение: Антенные решетки искажают форму и спектр излучаемых и принимаемых сигналов вследствие нерегулярного изменения их КНД в зависимости от длины волны. Обнаруженный эффект “ослепления” нефазированных антенных решеток больших электрических размеров необходимо учитывать в широкополосных и сверхширокополосных радиоэлектронных системах, особенно в радиоастрономии, телекоммуникационных системах и сверхширокополосной радиолокации.Ключевые слова: антенные решетки, коэффициент направленного действия, диаграмма направленности, слабонаправленные излучатели, численный анализСтатья поступила в редакцию 05.07.2016Radio phys. radio astron. 2016, 21(4): 285-297 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ1. Горобец Н. Н., Горобец Ю. Н. Компьютерный анализхарактеристик направленности антенных решеток // Всесоюзная НТК “Компьютерные методы исследованияпроблем теории и техники передачи дискретных сигналов по радиоканалам”: Тез. докладов. – М.: Радио исвязь, 1990. – С. 47–48.2. Фельд Я. Н., Бененсон Л. С. Антенны сантиметровых и дециметровых волн. Часть 1. – М.: ВВИА им. Н. Е. Жуковского, 1955. – 208 с.3. Шубарин Ю. В. Антенны сверхвысоких частот. – Xарьков: Изд. Харьковского гос. университета, 1960. –283 с.4. Минкович Б. М., Яковлев В. П. Теория синтеза антенн. – М.: Сов. радио, 1969. – 296 с.5. Марков Г. Т., Сазонов Д. М. Антенны. – М.: Энергия,1975. – 528 с.6. Горобец Н. Н., Булгакова А. А. Характеристики направленности разреженных антенных решеток // Вісник Харківського нацiонального ун-ту ім. В. Н. Каразіна. Серія: Радіофізика та електроніка. – 2008. – № 834, Вип. 13. – С. 89–94.7. Мотлохов В. В. Антенные устройства. – М.: МО СССР,1990. – 420 с.8. Коноваленко А. А., Токарский П. Л., Ерин С. Н. Эффективная поверхность и характеристики направленностиантенной решетки в режиме приема сверхширокополосных сигналов // Радиофизика и радиоастрономия. – 2013. – Т. 18, № 3. – С. 257–264.9. Чаплин А. Ф. Анализ и синтез антенных решеток. –Львов: Вища школа, 1987. – 180 с.10. Hansen R. C. Phased Array Antennas. 2nd ed. – NewYork: Wiley, 2009. – 547 p.11. Шульга В. М., Литвиненко Л. Н., Мышенко В. В. Некоторые этапы развития радиоастрономических наблюдений в миллиметровом диапазоне длин волн в Радиоастрономическом институте НАН Украины // Радиофизика и радиоастрономия. – 2005. – Т. 10, Спец. вып. –С. S45–S53. УДК 538.3: 621.396.67PACS number: 07.57.-c Предмет та мета роботи: Теоретично досліджуються коефіцієнти спрямованої дії (КСД) лінійних та плоских антенних решіток залежно від відстані між випромінювачами та довжини хвилі.Методи і методологія: Обчислювальними методами прикладної математики у середовищі MathCad розраховано двократні інтеграли від діаграми спрямованості за потужністю у всьому просторі спостереження, які визначають КСД у загальному вигляді. Діаграми спрямованості випромінювачів – елементів антенних решіток задаються математичними моделями. У розрахунках враховується, що підінтегральна функція є швидкоосцилюючою.Результати: Виконано розрахунки та аналіз залежності КСДвід числа випромінювачів та відстані між ними у частках довжини хвилі. Показано, що при відношенні відстані між випромінювачами до довжини хвилі d/λ=0.5 КСД решітки ізотропних випромінювачів дорівнює 1.5N², N – кількість випромінювачів в антенній решітці. Зі зростанням цього відношення до 0.65÷0.97 КСД збільшується за близьким до лінійного законом до максимально можливого значення для заданого числа випромінювачів. Зі зростанням d/λ до значень понад одиницю КСД значно зменшується (ефект “осліплення” нефазованих антенних решіток) і його залежність з ростом d/λ має згасаючий осцилюючий характер. Цим переда точна функція антенних решіток принципово відрізняється від передаточних функцій безперервних антен.Висновок: Антенні решітки спотворюють форму та спектр сигналів, що випромінюються або приймаються, внаслідок нерегулярного характеру зміни їх КСД залежно від довжини хвилі. Виявлений ефект “осліплення” нефазованих антенних решіток великих електричних розмірів необхідно враховувати в широкосмугових та надширокосмугових радіоелектронних системах, особливо в радіоастрономії, телекомунікаційних системах та надширокосмуговій радіолокації.Ключові слова: антенні решітки, коефіцієнт спрямованої дії, діаграма спрямованості, слабко спрямовані випромінювачі, числовий аналіз Стаття надійшла до редакції 05.07.2016Radio phys. radio astron. 2016, 21(4): 285-297СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ 1. Горобец Н. Н., Горобец Ю. Н. Компьютерный анализхарактеристик направленности антенных решеток // Всесоюзная НТК “Компьютерные методы исследованияпроблем теории и техники передачи дискретных сигналов по радиоканалам”: Тез. докладов. – М.: Радио исвязь, 1990. – С. 47–48. 2. Фельд Я. Н., Бененсон Л. С. Антенны сантиметровых и дециметровых волн. Часть 1. – М.: ВВИА им. Н. Е. Жуковского, 1955. – 208 с. 3. Шубарин Ю. В. Антенны сверхвысоких частот. – Xарьков: Изд. Харьковского гос. университета, 1960. –283 с. 4. Минкович Б. М., Яковлев В. П. Теория синтеза антенн. – М.: Сов. радио, 1969. – 296 с. 5. Марков Г. Т., Сазонов Д. М. Антенны. – М.: Энергия,1975. – 528 с. 6. Горобец Н. Н., Булгакова А. А. Характеристики направленности разреженных антенных решеток // Вісник Харківського нацiонального ун-ту ім. В. Н. Каразіна. Серія: Радіофізика та електроніка. – 2008. – № 834, Вип. 13. – С. 89–94. 7. Мотлохов В. В. Антенные устройства. – М.: МО СССР,1990. – 420 с. 8. Коноваленко А. А., Токарский П. Л., Ерин С. Н. Эффективная поверхность и характеристики направленностиантенной решетки в режиме приема сверхширокополосных сигналов // Радиофизика и радиоастрономия. – 2013. – Т. 18, № 3. – С. 257–264. 9. Чаплин А. Ф. Анализ и синтез антенных решеток. –Львов: Вища школа, 1987. – 180 с. 10. Hansen R. C. Phased Array Antennas. 2nd ed. – NewYork: Wiley, 2009. – 547 p. 11. Шульга В. М., Литвиненко Л. Н., Мышенко В. В. Некоторые этапы развития радиоастрономических наблюдений в миллиметровом диапазоне длин волн в Радиоастрономическом институте НАН Украины // Радиофизика и радиоастрономия. – 2005. – Т. 10, Спец. вып. –С. S45–S53. Видавничий дім «Академперіодика» 2016-12-23 Article Article application/pdf http://rpra-journal.org.ua/index.php/ra/article/view/1251 10.15407/rpra21.04.285 РАДИОФИЗИКА И РАДИОАСТРОНОМИЯ; Vol 21, No 4 (2016); 285 RADIO PHYSICS AND RADIO ASTRONOMY; Vol 21, No 4 (2016); 285 РАДІОФІЗИКА І РАДІОАСТРОНОМІЯ; Vol 21, No 4 (2016); 285 2415-7007 1027-9636 10.15407/rpra21.04 rus http://rpra-journal.org.ua/index.php/ra/article/view/1251/pdf Copyright (c) 2016 RADIO PHYSICS AND RADIO ASTRONOMY |